專利名稱：用熱調(diào)節(jié)的光電池屋面組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及光電池屋面組件，具體的說，涉及一種能夠調(diào)節(jié)太陽能電池所經(jīng)受的溫度，并且不需要屋頂貫入部分以固定在屋面上的光電池屋面組件。
隨著太陽能電池價(jià)格的下降，為使光電池系統(tǒng)運(yùn)行所必須的非太陽能電池開始在整個(gè)裝置的價(jià)格上處于支配地位。為此，對(duì)于能夠取消或減少非太陽能電池部件的光電池模塊的研制正日益加強(qiáng)，在這種模塊中光電池代替了普通的建筑構(gòu)件。一個(gè)整體的光電池屋面組件能省掉購(gòu)買或租借土地的費(fèi)用，和/或建造光電池系統(tǒng)的支承構(gòu)件的費(fèi)用。當(dāng)上述光電池屋面組件能夠取代購(gòu)買和安裝普通的屋面材料時(shí)，還能進(jìn)一步節(jié)約費(fèi)用。由于未來的光電池市場(chǎng)對(duì)于光電池設(shè)施的費(fèi)用的極度的敏感性，研制光電池屋面組件的一個(gè)主要目的是取消輔助性的費(fèi)用和部件，其中的一個(gè)方面就是設(shè)計(jì)能完成多種功能的部件。
1989年12月12日授予伍德林等人的美國(guó)專利No.4,886,554中公開了一種光電池屋面組件。伍德林的組件中包括一層設(shè)置在屋面膜頂部的許多絕熱塊，一層在這許多絕緣塊頂上的許多混凝土走道，以及許多分別支承在一塊相應(yīng)的鋪面上的光電池。伍德林組件的一個(gè)主要特征是太陽能電池在支承走道上的固定方式。但，這種固定方式有許多缺點(diǎn)a)由于增加了屋面砌塊，這種組件更加復(fù)雜了，并且制造的費(fèi)用更高了。
b)這種組件沒有設(shè)法限制太陽能電池和其他部件所經(jīng)受的溫度。眾所周知，太陽能電池的效率是隨著溫度的升高而降低的。因此，由于沒有設(shè)置降低溫度的機(jī)構(gòu)，這種組件由于無數(shù)次長(zhǎng)期暴露在高溫下的結(jié)果，工作效率將越來越低。
c)由于在絕熱塊上放置了一層混凝土走道和光電池模塊，妨礙了絕熱塊的通風(fēng)和發(fā)散水汽。結(jié)果，由于沾上了水汽，絕熱塊要很長(zhǎng)時(shí)間才能干燥，從而降低了絕熱塊的絕熱效果，和它在整個(gè)使用期內(nèi)的完整性。
d)這種組件有多種潛在的失效方式，其中包括走道部件及其粘接方式。這些部件要在20-30年里在很高的溫度下暴露在惡劣的氣候條件下。任何形式的剝離都是不能接受的。剝離將使太陽能電池由于風(fēng)力而移位，使得下面的絕熱層和屋面膜暴露出來。
另一種現(xiàn)有技術(shù)中的太陽能電池屋面組件是1987年6月23日授予法蘭科維奇的No.4,674,244號(hào)美國(guó)專利。法蘭科維奇的組件包括一層基本上呈平坦的屋面襯底，一層在該襯底上具有傾斜表面的絕熱構(gòu)件，覆蓋在上述襯底與構(gòu)件上的一層合成橡膠膜，這層膜鋪設(shè)在上述襯底和構(gòu)件上并由其支承，而它則支承著一組太陽能電池。這種組件的主要特點(diǎn)是將太陽能電池直接固定在屋面膜上。由于這種固定方式，這種組件有下述各種缺點(diǎn)a)這種組件沒有設(shè)法限制太陽能電池和屋面膜所經(jīng)受的溫度，從而會(huì)降低太陽能電池的效率和屋面膜的壽命。
b)這種組件有許多種潛在的失效方式，其中包括屋面膜與它的粘接劑的熱應(yīng)力而失效。
c)這種組件需要穿過上述保護(hù)性屋面膜的屋面緊固件，這樣就使得安裝工作更加復(fù)雜，費(fèi)用更高。此外，緊固件穿過屋面增加了漏雨的危險(xiǎn)，以及隨之而來的建筑物和其內(nèi)部物品的損壞。
另一種現(xiàn)有技術(shù)中的光電池屋面組件是1994年5月31日授予丁伍德的No.5,316,592號(hào)美國(guó)專利。丁伍德的組件包括一層鋪設(shè)在屋面膜頂上的許多絕熱塊，以及一層鋪設(shè)在絕熱塊上的許多光電池。丁伍德組件的主要特征是太陽能電池固定在絕熱塊上的方式。這種固定方式的缺點(diǎn)是要使用了某些光電池材料。這種組件也沒有采取限制光電池所經(jīng)受的溫度的措施，因而工作的效率比其他的光電池低。
其他與光電池屋面組件有關(guān)的專利有1989年6月6日授予迪培爾的No.4,835,918；1980年2月26日授予郝雷的No.4,189,881；1973年10月30日授予蘭克拉姆等的No.3,769,091；1977年8月9日授予佛雷斯梯里等的No.4,040,867；1982年3月23日授予特南特的No.4,321,416；1989年8月29日授予拉里等的No.4,860,509；1992年3月授予納斯等的No.5,092,393；以及1992年5月授予梅爾喬的No.5,112,408號(hào)美國(guó)專利。
因此，本發(fā)明的若干目的和優(yōu)點(diǎn)如下a)提供一種經(jīng)過改進(jìn)的屋面組件，這種組件具備下列特征一種光電池部件，它保護(hù)絕熱層和屋面膜層免受紫外線的照射和惡劣氣候的侵襲，從而延長(zhǎng)了這些部件的壽命；一種可與上述光電池部件匹配的長(zhǎng)壽命屋面組件；一種重量大約只有石渣屋面一半的屋面組件；一種實(shí)際上可與所有各種組合式或單層屋面膜配合使用的組件；一種在抵抗風(fēng)力掀起方面有相當(dāng)大的安全系數(shù)的組件；以及一種沒有CFC的組件。
b)提供一種簡(jiǎn)單而廉價(jià)的光電池屋面組件，這種制品中的部件具有下列多種功能1)作為屋面部件的太陽能模塊具有多種功能，其中包括對(duì)下面的絕熱層和防水層的鎮(zhèn)壓作用，防風(fēng)雨和防紫外線；2)一種支承光電池模塊的預(yù)制構(gòu)件，同時(shí)能方便地通過向?qū)α鞯牧黧w和/或相變材料傳遞熱量來調(diào)節(jié)溫度。
c)提供一種光電池屋面組件，它能限制光電池模塊和屋面膜所經(jīng)受的溫度，從而最大限度地提高太陽能電池的效率，并且同時(shí)延長(zhǎng)屋面膜的壽命。
d)提供一種價(jià)格低廉的組件，這種組件不需要屋面貫入部分。
e)提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而制造方便的光電池屋面組件。
f)提供一種保持建筑物屋面的絕熱層整體性的產(chǎn)品。
g)提供一種光電池屋面組件，在具體制作這種組件時(shí)，利用絕熱塊作為夾在光電池模塊和屋面膜中的一層，由于雨水從絕熱塊的邊緣流過，流到下面的屋面膜上，使得整個(gè)組件就象“浮”在屋面膜上，這樣，使光電池模塊暴露出來，而使其有關(guān)的電氣連接部分和水汽的接觸減到最少。
h)提供一種光電池屋面組件，它省掉了普通屋面材料和鋪設(shè)屋面材料的費(fèi)用，從而提高了上述光電池部件作為一種復(fù)合建筑構(gòu)件的價(jià)值。
i)提供一種使?jié)撛诘墓收蠝p到最少的產(chǎn)品。
j)提供一種與現(xiàn)有的市售屋面組件的結(jié)構(gòu)類似的產(chǎn)品，以便于市場(chǎng)和建筑業(yè)界接受。
k)由于提供了一種能大大降低生產(chǎn)光電池的技術(shù)費(fèi)用的屋面組件，而產(chǎn)生了巨大的社會(huì)效益。這有助于向一種清潔的新的能量經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)變，并有助于消除空氣污染和全球變暖。
在參照附圖閱讀了對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的描述之后，將會(huì)對(duì)本發(fā)明的上述及其他的目的、優(yōu)點(diǎn)和新穎的特征有更清楚的理解。
按照本發(fā)明，太陽能電池屋面組件由三部分組成。第一部分是安裝在鋪在普通屋架上的屋面絕熱層上的普通的屋面膜。第二部分是許多光電池模塊，和預(yù)先制成的隔墊，這種隔墊使得能與對(duì)流流體和/或相變材料進(jìn)行熱交換。上述光電池模塊與預(yù)制的隔墊具有鎖定的邊緣。第三部分或可供選擇的部分是普通的屋面走道。上述光電池模塊部分是這樣設(shè)置在屋面膜上的，即，它暴露在陽光的照射下，并且為了輸送電能而在電氣上互相聯(lián)結(jié)。上述走道部分裝設(shè)在同樣的屋面膜上，以便在各光電池模塊集結(jié)區(qū)域之間提供通道，并為屋面的貫入部分和設(shè)施提供圍壁。上述光電池組件之所以能完成多種功能主要是因?yàn)榫哂幸环N屋面走道，這種走道包括石渣層，紫外線防護(hù)層，和為了保護(hù)下面的屋面膜和絕熱層的防風(fēng)雨的部分。也可以增設(shè)一臺(tái)風(fēng)扇或泵以加強(qiáng)冷卻流體的對(duì)流，這種流體一般是空氣，但也可以是其他液體或氣體。這三部分結(jié)合起來，起自鎮(zhèn)重走道屋面系統(tǒng)和用于收集輻射能量的熱調(diào)節(jié)太陽能電池組的雙重作用。
在一個(gè)可供選擇的實(shí)施例中，上述太陽能電池屋面組件由四部分組成。第一部分是鋪在普通屋架上的屋面膜。第二部分是許多絕熱塊。第三部分是許多光電池模塊，和預(yù)先制成的隔墊，這種隔墊使得能與對(duì)流流體和/或相變材料進(jìn)行熱交換，并且鋪設(shè)在上述許多絕熱塊上。上述帶光電池模塊的絕熱塊和預(yù)先制成的隔墊具有鎖定的邊緣。上述光電池模塊完成通常由屋面走道所具備的多種功能，其中包括鎮(zhèn)重，防紫外線和為下面的屋面膜和絕熱層防風(fēng)雨的作用。
這個(gè)可供選擇的實(shí)施例的第四部分或供選擇的部分是夾在光電池模塊集結(jié)區(qū)域之間的普通的屋面走道，它提供通道和屋頂貫入部分與設(shè)施的圍壁。這四部分結(jié)合起來，起受到保護(hù)的屋面膜的屋面系統(tǒng)和用于收集輻射能量的熱調(diào)節(jié)太陽能電池組的雙重作用。
下面參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。附圖中

圖1a-1d是本發(fā)明的斷面圖，它具有平坦的形狀，設(shè)計(jì)成在光電池模塊下面能進(jìn)行流體對(duì)流；圖2a-2c是本發(fā)明第二實(shí)施例的斷面圖，在該實(shí)施例中圖1中的本發(fā)明具有傾斜形狀；圖3a-3c是第三實(shí)施例的斷面圖，其中采用了一種相變材料，并且具有平坦的形狀；圖4a-4c是第四實(shí)施例的斷面圖，其中，圖3中的本發(fā)明具有傾斜形狀；
圖5a-5c是第五實(shí)施例的斷面圖，其中，本發(fā)明具有一種在屋面膜上方的絕熱塊，并且具有平坦的形狀；圖6a-6b是第六實(shí)施例的斷面圖，其中，圖5中的本發(fā)明具有傾斜形狀；圖7a-7c是第七實(shí)施例的斷面圖，其中，圖6中的本發(fā)明采用了一種相變材料，并且具有平坦的形狀；圖8a-8c是第八實(shí)施例的斷面圖，其中，圖7中的本發(fā)明具有傾斜形狀；圖9是一座安裝了本發(fā)明的光電池屋面組件的建筑物的平面圖。
對(duì)圖1a-1d的描述具有對(duì)流層的平坦形狀圖1a表示一種光電池屋面組件的斷面圖。這種組件有許多光電池模塊104、106、108、110，許多分別設(shè)置在這許多光電池模塊104、106、108、110下面，與其成為一體或固定連接在一起的預(yù)制的隔墊，支座，或支架112、114、116、118、120、122。這些隔墊112、114、116、118、120、122都布置在屋面膜102的上部。
屋面膜102支承在普通的屋架(圖中未示出)上，用普通的手段，例如緊固件或粘接劑固定在屋架上。屋面膜102也可以直接鋪在支承在普通屋架上的絕熱塊上。光電池模塊104、106、108、110都與普通的導(dǎo)體(圖中未示出)連接，并且布置成光電池模塊的方陣。各模塊104、106、108、110中至少有一個(gè)光電池。光電池模塊的例子包括那些在玻璃、不銹鋼或陶瓷基片有薄膜蒸鍍層的光電池，生產(chǎn)這種光電池組件的公司有前進(jìn)光電設(shè)備公司，太陽能公司，聯(lián)合太陽能設(shè)備公司，以及航天電力公司等。還包括那些單晶硅或多晶硅光電池模塊，例如由得克薩斯儀器公司，航天電力公司，西門子太陽能工業(yè)公司，以及太陽能公司等制作的這種電池。
這種組件的隔墊112、114、116、118、120、122可以有各種形狀，包括有直線溝槽的，點(diǎn)支承的，或小面積支承的。圖1b表示這種組件的一些細(xì)節(jié)的斷面圖，其中預(yù)制的隔墊124、126布置在屋面膜102的頂部，并且沿著光電池模塊104、106、108的邊緣或角部為其提供點(diǎn)支承，這些隔墊固定連接在這些光電池模塊上，或者做成一個(gè)整體。圖1b中的尺寸d表示兩個(gè)光電池模塊之間的間隔，尺寸h表示光電池模塊與屋面膜之間的距離。這種組件的優(yōu)選尺寸是h為1/2-4英寸，根據(jù)光電池模塊和其他部件所限定的溫度而定。此外，為了使光電池模塊的頂部和底部之間的壓力均勻化，以降低風(fēng)掀翻的力量，d/h之比接近2或大于2。上述光電池模塊的尺寸通常在1×1英尺到4×8英尺的范圍內(nèi)，以便于屋面鋪設(shè)人員運(yùn)輸。上述隔墊的尺寸和數(shù)量要減到最小，以便盡量減少材料的成本，但必須根據(jù)光電池模塊材料的強(qiáng)度，足以支承這些光電池模塊。
圖1c是該組件另一種細(xì)部的斷面圖，其中的隔墊130、132、134布置在屋面膜102的頂部，并且為光電池模塊104、106、108提供小面積支承，這些隔墊固定連接在這些光電池模塊上，或者做成一個(gè)整體。隔墊130、132、134可以用玻璃、混凝土、塑料、絕熱塊、包裹絕熱塊的整塊混凝土(例如T.克利爾公司的稱為輕型防護(hù)材料的產(chǎn)品)，等等制成。上述隔墊的間距和尺寸是預(yù)定的，能提供多種功能，包括由于在光電池模塊104、106、108背面進(jìn)行的流體對(duì)流而形成的熱交換的溫度調(diào)節(jié)，使光電池模塊104、106、108的底面和頂面之間的壓力均勻化，以及使雨水排泄。
圖1d表示隔墊112、114的放大圖，這種隔墊的徑向隔板與隔墊116、118、120、122一樣，在其頂部有粘接劑層140、142，用于在工地上或車間里把光電池模塊104、106、108粘接或?qū)盈B在它上面。但是，也可以用任何其他裝置把光電池模塊104、106、108固定在隔墊上。此外，如果具有這些光電池模塊的邊緣之間有了可靠的聯(lián)結(jié)，那么就可以省略隔墊與光電池模塊之間的聯(lián)結(jié)。隔墊114和隔墊118、122一樣，通常具有帶槽的輪廓152，而隔墊112和隔墊116、120一樣，通常具有舌狀輪廓154。這樣，在相鄰的整體組件之間就形成了互相鎖定的接頭，以便更好地抵抗風(fēng)的掀力。但，任何整體鎖定的裝置都可以采用。
這種太陽能屋面組件的優(yōu)選制造方法如下在制造車間里或者在工地上，把光電池模塊104、106、108、110粘接在，或者用其他方式固定在相應(yīng)的隔墊112、114、116、118、120、122、124、126、130、132、134上。在屋頂上鋪設(shè)一層屋面膜。將上述光電池模塊和隔墊在屋面膜的頂上布置成方陣。屋面走道在光電池模塊邊緣的周圍。這樣的構(gòu)造形成了一種簡(jiǎn)單的，便于裝配的屋面組件，這種組件能調(diào)節(jié)光電池模塊和屋面膜的溫度。在光電池模塊104、106、108、110下面形成了一種半連續(xù)的立體層，使得一種流體，通常是空氣，能夠通過由這些隔墊所造成的通道進(jìn)行對(duì)流。在隔墊所造成的通道內(nèi)的流體的對(duì)流，把熱量從光電池模塊的背面?zhèn)鲗?dǎo)出去。還可以加上一臺(tái)風(fēng)扇或泵以加強(qiáng)流體的對(duì)流。雨水通過整體組件之間的接頭排泄到下面的屋面膜上。
上述組件的優(yōu)點(diǎn)有1.這種光電池屋面組件可用于平的或中等傾斜的屋頂，把雨水通過屋頂?shù)男孤p到最少程度。
2.預(yù)制的墊座或隔墊支承著光電池模塊，同時(shí)還便于通過將熱量傳給對(duì)流的流體來調(diào)節(jié)溫度。
3.光電池模塊作為一種屋面部件具有多種功能，包括鎮(zhèn)重，防風(fēng)雨，和為下面的屋面膜層防紫外線。
4.借助于取代屋面構(gòu)件和它們的安裝工作，上述光電池模塊的價(jià)值增大了，從而增強(qiáng)了這種清潔的新能源在價(jià)格方面的競(jìng)爭(zhēng)能力。
5.依靠把鎮(zhèn)重和邊緣與邊緣的聯(lián)結(jié)組合在一起來抵抗風(fēng)掀起的力量，相對(duì)于普通的屋面組件，這種組件的重量較輕。
6.光電池模塊104、106、108、110是互相聯(lián)結(jié)在一起的，防止了個(gè)別組件的移位，因?yàn)槊恳粔K模塊都被另一塊模塊固定住了。
7.由于容易制造和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，這種組件的安裝費(fèi)用最少。由于采用了車間內(nèi)組裝的整體組件，質(zhì)量控制也最大限度地加強(qiáng)了。
8.這種太陽能屋面組件可以重復(fù)使用，可以很容易地拆開，并安裝在其他屋頂上。
9.在這種組件的光電池模塊和走道部分之間的界面上，風(fēng)掀起的力量減小了，因?yàn)橐肓丝諝鈱恿鞯臄_流器。這種擾流器有多種功能1)在組件的光電池模塊與走道部分之間其邊緣與邊緣的聯(lián)結(jié)作用，2)用于敷設(shè)電線的布線槽。
對(duì)圖2a-2c的描述帶有對(duì)流層的傾斜的形狀圖2a-2c表示本發(fā)明的第二實(shí)施例的斷面圖。在圖2a中，該組件包括許多光電池模塊204、206、208，許多預(yù)制的隔墊，墊座或支承件212、214、216，這些隔墊分別布置在光電池模塊204、206、208下面，并且和它們制成一體或者固定在它們上面。這些隔墊212、214、216都布置在屋面膜202的頂上。
這種組件的隔墊能采用幾種形狀，包括直線槽，點(diǎn)支承或小面積支承。
圖2b表示該組件的細(xì)節(jié)的斷面圖，其中預(yù)制的隔墊224、226布置在屋面膜202的頂部，并且沿著光電池模塊204、206、208的邊緣或角部為其提供點(diǎn)支承，這些隔墊固定連接在這些光電池模塊上，或者做成一個(gè)整體。隔墊224、226還保證在光電池模塊204、206、208之間始終是隔離的，并且能讓水排泄掉。
圖2c表示該組件另一種細(xì)節(jié)的斷面圖，其中，隔墊230、232、234布置在屋面膜202的頂上，并且為固定連接在其上或者與其做成一體的光電池模塊204、206、208提供小面積支承。隔墊231、232、234可以用玻璃、混凝土、塑料、絕熱塊或其他材料制成。
在圖2中的具有傾斜形狀的光電池屋面組件中，由于這種組件能借助于它們背面的自然對(duì)流進(jìn)行通風(fēng)，所以光電池模塊的相鄰邊緣之間的間距能縮到最小。
圖2中的組件除了圖1中的組件所具有的優(yōu)點(diǎn)之外，還有下列優(yōu)點(diǎn)1.傾斜的光電池模塊204、206、208，由于它們的頂面比較接近于與太陽光線垂直的平面，所以工作效率比較高。
2.由于在傾斜平面的背面上對(duì)流的氣流便于流通，所以讓光電池模塊傾斜加強(qiáng)了利用外部空氣作為對(duì)流氣流的自然對(duì)流。
3.由于使光電池模塊傾斜，所以光電池模塊的方陣的頂部平面對(duì)于流過這種光電池模塊頂面的氣流來說，與光電池模塊不傾斜的光滑表面相反，是一種高低不平的表面。這種高低不平的表面破壞了風(fēng)的層流，從而減小了風(fēng)的掀起的力量。當(dāng)光電池模塊的最高邊緣與最低邊緣之間的高度差在一個(gè)限定的范圍內(nèi)時(shí)，這個(gè)結(jié)論總是對(duì)的。超過一定的高度差時(shí)，光電池模塊便會(huì)“抓住”風(fēng)，所以這種設(shè)計(jì)將喪失減小風(fēng)的掀起力的效果。允許的高度差是光電池模塊的重量，邊緣與邊緣連接的性質(zhì)，光電池模塊的尺寸，以及其他因數(shù)的復(fù)雜的一個(gè)函數(shù)。對(duì)于每一種光電池模塊的各種條件都需要進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)以校驗(yàn)其相對(duì)的高度尺寸。
對(duì)圖3a-3c的詳細(xì)描述具有相變材料的平坦形狀圖3a-3c表示本發(fā)明第三實(shí)施例的斷面圖。在圖3a中，該組件包括許多光電池模塊304、306、308，許多預(yù)制的容器或支承件312、314、316，這些支承件分別設(shè)置在這許多光電池模塊304、306、308的下面，并且和它們做成一體，或者固定在上面。這些容器312、314、316都設(shè)置在屋面膜302的頂上。
這種組件的容器312、314、316用泡沫混凝土、混凝土或其他材料制成，在這種容器里面埋了或者用其他方式裝入一種相變材料350、352、354。所謂相變材料是一種當(dāng)其在熔化點(diǎn)溫度下從固相轉(zhuǎn)變?yōu)橐合鄷r(shí)，或者在其沸點(diǎn)溫度下從液相轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀鄷r(shí)，每單位重量能夠吸收相當(dāng)大量的熱能的材料。在兩種情況下所吸收的熱量一般分別稱為材料的熔化熱和汽化熱。
封裝相變材料350、352、354的裝置可以采取幾種形式。圖3b表示預(yù)制的組件324、326、328，這些組件通常是金屬，以便更有效地傳導(dǎo)熱量，并且形成凹穴或凹槽，使得熱量能從相變材料360、362、364、366、368傳導(dǎo)到一般是空氣的對(duì)流流體中去。
圖3c表示一種市售的中間夾鋁的蜂窩狀構(gòu)件340、342、344，該包含相變材料的構(gòu)件粘接在光電池模塊304、306、308的底面上，并且支承在隔墊346、348上。
上述相變材料通常是稱為線性晶體的烷基碳?xì)浠衔?，因?yàn)樗鼈兊膬r(jià)格低，并且熔化溫度在35-70℃的范圍內(nèi)。
圖3中的組件除了圖1中的組件所具有的優(yōu)點(diǎn)之外，還有下列優(yōu)點(diǎn)1.由于采用了具有預(yù)定熔化溫度的相變材料，就能夠精確地規(guī)定該組件所經(jīng)受的，也就是下面的建筑物屋頂所經(jīng)受的最高溫度。這樣就提高了光電池模塊的效率，以及該建筑物的熱效率。
2.上述相變材料的容器還能夠用作光電池模塊的隔墊或支承構(gòu)件，從而降低了材料的成本。
3.圖3中的組件特別適合于薄膜光電材料，這種材料可以層疊在一塊剛性的底板上。由得克薩斯儀器公司研制的光電“珠”技術(shù)就是其中的一個(gè)例子，它在薄的金屬箔上加入了晶體硅珠子。
對(duì)圖4a-4c的詳細(xì)描述具有相變材料的傾斜形狀圖4a-4c表示本發(fā)明第四實(shí)施例的斷面圖。圖4的組件中，包括許多光電池模塊404、406、408，許多分別設(shè)置在上述光電池模塊404、406、408下面，與其做成一體或者固定在其上的預(yù)制的容器或支承件412、414、416。容器412、414、416設(shè)置在屋面膜402的頂上。
這種組件的容器412、414、416用泡沫混凝土、混凝土或其他材料制成，在這種容器里面埋了或者用其他方式裝入一種相變材料450、452、454。但，封裝相變材料450、452、454的裝置可以采取幾種形式。
圖4b表示利用預(yù)制的凹穴或凹槽424、426、428的封裝裝置。
圖4c表示一種市售的中間夾鋁的蜂窩狀構(gòu)件440、442、444，該包含相變材料的構(gòu)件粘接在光電池模塊406、408的底面上，并且支承在隔墊446、448上。
圖4中的組件除了圖1中的組件所具有的優(yōu)點(diǎn)之外，還有下列優(yōu)點(diǎn)1.由于傾斜的光電池模塊204、206、208的頂面比較接近于與太陽光線垂直的平面，所以工作效率比較高。
2.讓光電池模塊傾斜加強(qiáng)了利用外部空氣作為對(duì)流氣流的自然對(duì)流。這樣就會(huì)導(dǎo)致在高峰溫度下少用一些相變材料，從而降低組件材料的成本。
3.由于使光電池模塊傾斜，所以光電池模塊的方陣的頂部平面對(duì)于流過這種光電池模塊頂面的氣流來說是一種高低不平的表面。這種高低不平的表面破壞了風(fēng)的層流，從而減小了風(fēng)的掀起的力量。
對(duì)圖5a-5c的詳細(xì)描述具有絕熱塊和對(duì)流層的平坦形狀圖5a-5c表示本發(fā)明第五實(shí)施例的斷面圖。圖5的組件中，包括許多光電池模塊504、506、508、510，許多分別設(shè)置在上述光電池模塊504、506、508、510下面，與其做成一體或者固定在其上的預(yù)制的絕熱塊512、514、516、518。絕熱塊512、514、516、518設(shè)置在屋面膜502的頂上。絕熱塊514在結(jié)構(gòu)上和絕熱塊512、516、518相同，它們通常在一個(gè)邊緣上有一條槽形輪廓550，而在相對(duì)的邊緣上有一條舌狀輪廓552。這樣，在相鄰的兩個(gè)組件之間便形成了互相鎖定的接頭，以便更好的抵抗風(fēng)的掀起力。但，任何鎖定成一體的手段都可以使用。
在圖5b中，上述屋面組件的光電池模塊504、506、508都與隔墊，墊座或支承件520、522、524、526連接，這些隔墊則擱在鋪設(shè)在屋面膜502上的絕熱塊532、534、536上。固定在隔墊522、524上的光電池模塊506跨在兩塊絕熱塊532、534上，以便使兩塊相鄰的絕熱塊聯(lián)結(jié)得更牢靠。這樣，光電池模塊506和508分別與絕熱塊534、536和536、538連接，形成邊緣靠著邊緣的整體組件。但，在光電池模塊504、506、508之間可以采用任何可靠的聯(lián)結(jié)手段。隔墊520、522、524、526可以用金屬、絕熱塊、塑料、玻璃纖維或其他材料制成，并且具有預(yù)先確定的間隔和尺寸，使它具有多種功能，包括借助于在光電池模塊504、506、508背面的流體對(duì)流進(jìn)行熱交換；在光電池模塊504、506、508的頂面和底面之間使壓力均勻化；使絕熱塊532、534、536通風(fēng)并散發(fā)水汽，從而保持其絕熱值并延長(zhǎng)其壽命；以及排泄雨水。
圖5c表示隔墊522的放大圖，隔墊522在結(jié)構(gòu)上與隔墊520、524、526相同，有一層頂面粘接層560，用于在工地或車間內(nèi)把光電池模塊506粘接或?qū)盈B在其上。隔墊522還有一層底面粘接層562，用于在工地或車間內(nèi)把絕熱塊5343粘接或?qū)盈B在其上。但，任何裝置都可以用于把光電池模塊506固定在隔墊522上，和把隔墊522固定在絕熱塊532上。
圖5c表示了光電池部分與組件的走道部分之間的一種典型的界面。圖5c中，屋面走道552在其各邊緣上與絕熱塊554連接。電氣布線槽(圖中未示出)位于屋面走道內(nèi)或在其頂上，或者位于組件的光電池部分內(nèi)部。
下面，說明制造上述太陽能屋面組件的優(yōu)選方法。絕熱塊512、514、516、518或者在車間內(nèi)，或者在工地上，以其頂面粘接或用其他方法固定在光電池模塊504、506、508、510上，從而制成一種雙層的太陽能屋面組件。在工地上，把這種太陽能屋面組件鋪在屋面膜502上。屋面走道布置在太陽能屋面組件方陣的四周。電氣布線槽沿著太陽能屋面組件的各條邊緣設(shè)置，也可以把布線槽與太陽能屋面組件或屋面走道做成一體。
具有這種結(jié)構(gòu)的組件是一種簡(jiǎn)單而容易安裝的屋面組件，它能夠調(diào)節(jié)光電池模塊和屋面膜的溫度。在光電池模塊504、506、508、510下面形成了一層半連續(xù)的空間層，它能使流體，通常是空氣，進(jìn)行對(duì)流。上述流體在預(yù)制的絕熱塊或隔墊所形成的通道內(nèi)進(jìn)行對(duì)流，使熱量從光電池模塊的背面?zhèn)鬟f出去。也可以增加一臺(tái)風(fēng)扇或泵，強(qiáng)迫流體進(jìn)行對(duì)流。雨水通過整體光電池模塊之間的接縫排泄到下面的屋面膜上。
圖5中的組件除了圖1中的組件所具有的優(yōu)點(diǎn)之外，還有下列優(yōu)點(diǎn)1.這種組件為屋面膜提供了進(jìn)一步的保護(hù)，防止它因暴露在紫外線的輻射，氣候因數(shù)和高溫下而被破壞，從而延長(zhǎng)了屋面膜的壽命。
2.這種組件取消了設(shè)置在屋面膜下面的建筑物絕熱層的必要性。
3.由于把建筑物絕熱層放置在屋面膜的上方，消除了從建筑物內(nèi)部出來的水汽的凝結(jié)，因?yàn)槁饵c(diǎn)溫度是在屋面膜的上方。
4.由于雨水在絕熱塊的邊緣之間流過，在絕熱塊和下面的屋面膜之間形成了一層，所以絕熱塊、隔墊和光電池模塊將作為一個(gè)整體浮在雨水上。由于該組件浮在雨水的上面，所以光電池模塊和它們的電氣接頭就不會(huì)暴露在水汽中，從而延長(zhǎng)了它們的壽命，增加了裝置的安全和可靠的程度。這一點(diǎn)對(duì)于那些屋頂排水系統(tǒng)不能很快的將雨水排泄掉的設(shè)施來說是特別重要的。
5.由于在相鄰的光電池模塊之間有了邊緣與邊緣的可靠的聯(lián)結(jié)，這種組件不需要屋頂?shù)墓潭ㄑb置和貫入部分，從而降低了安裝組件的費(fèi)用和復(fù)雜性。
對(duì)圖6a-6b的描述具有絕熱塊和對(duì)流層的傾斜的形狀圖6a-6b表示本發(fā)明的第六實(shí)施例的斷面圖。圖6的組件中，包括許多光電池模塊604、606、608，許多分別設(shè)置在上述光電池模塊604、606、608下面，與其做成一體或者固定在其上的預(yù)制的絕熱塊612、614、616。絕熱塊612、614、616設(shè)置在屋面膜602的頂上，具有傾斜的形狀，以便使光電池模塊604、606、608朝向增加太陽光線照射的方向。
絕熱塊614在結(jié)構(gòu)上和絕熱塊612、616相同，它們通常在一個(gè)邊緣上有一條槽形輪廓650，而在相對(duì)的邊緣上有一條舌狀輪廓652。這樣，在相鄰的兩個(gè)組件之間便形成了互相鎖定的接頭，以便更好的抵抗風(fēng)的掀起力。但，任何鎖定成一體的手段都可以使用。
圖6b中表示了圖6a中的光電池模塊604、606、608與隔墊、支座或支承件620、622、624連接的另一種方式，上述隔墊支承在位于屋面膜602上方的絕熱塊632、634、636上。
圖6中的組件除了圖5中的組件所具有的優(yōu)點(diǎn)之外，還有下列優(yōu)點(diǎn)1.傾斜的光電池模塊604、606、608，由于它們的頂面比較接近于與太陽光線垂直的平面，所以工作效率比較高。
2.讓光電池模塊傾斜加強(qiáng)了利用外部空氣作為對(duì)流氣流的自然對(duì)流。這樣就會(huì)導(dǎo)致在高峰溫度下可以少用一些相變材料，從而降低組件材料的成本。
3.由于使光電池模塊傾斜，所以光電池模塊的方陣的頂部平面對(duì)于流過這種光電池模塊頂面的氣流來說是一種高低不平的表面。這種高低不平的表面破壞了風(fēng)的層流，從而減小了風(fēng)的掀起的力量。
對(duì)圖7a-7c的詳細(xì)描述具有絕熱塊和相變材料的平坦形狀圖7a-7b表示本發(fā)明的第七實(shí)施例的斷面圖。圖7的組件中，包括許多光電池模塊704、706、708、710，許多分別設(shè)置在上述光電池模塊704、706、708、710下面，與其做成一體或者固定在其上的預(yù)制的絕熱塊712、714、716、718。絕熱塊712、714、716、718設(shè)置在屋面膜702的頂上。該組件的絕熱塊712、714、716、718中包含有一種相變材料750、752、754、756。
雖然在該組件中表示了用絕熱塊712、714、716、718作為封裝相變材料750、752、754、756的裝置，但封裝的裝置可以采用各種不同的方式。
圖7b表示預(yù)制的裝有相變材料的容器724、726、728，其形狀能使流體進(jìn)行對(duì)流，把熱量從相變材料中傳遞出去。為了高效率地傳導(dǎo)熱量，容器724、726、728通常用金屬制成。
圖7c表示一種市售的中間夾鋁的蜂窩狀構(gòu)件760、762、764，該構(gòu)件中包含有相變材料，并粘接在光電池模塊704、706、708的底面上，并且支承在絕熱塊776、778、780上。
換一種方式，上述粘接在蜂窩狀構(gòu)件上的光電池模塊也可以支承在屋面膜上方的隔墊上。
圖7中的組件綜合了圖3和圖5中的組件的優(yōu)點(diǎn)。
對(duì)圖8a-8c詳細(xì)的描述具有絕熱塊和相變材料的傾斜的形狀圖8a-8c表示本發(fā)明的第八實(shí)施例的斷面圖。在圖8a的組件中包括許多光電池模塊804、806、808，許多分別設(shè)置在上述光電池模塊804、806、808下面，與其做成一體或者固定在其上的預(yù)制的絕熱塊812、814、816。絕熱塊812、814、816設(shè)置在屋面膜802的頂上，具有傾斜的形狀，以便使光電池模塊804、806、808朝向增加太陽光線照射的方向。絕熱塊812、814、816中裝有相變材料850、852、854。
雖然在圖8a的組件中表示了用絕熱塊812、814、816作為封裝相變材料850、852、854的裝置，但封裝相變材料的裝置可以采用各種不同的形式。
圖8b表示預(yù)制的裝有相變材料的容器824、826、828，其形狀做成可裝入相變材料850、852、854，并且能使流體進(jìn)行對(duì)流，把熱量從相變材料中傳遞出去。為了高效率地傳導(dǎo)熱量，容器824、826、828通常用金屬制成。
另外，圖8c表示一種市售的中間夾鋁的蜂窩狀構(gòu)件860、862、864，該構(gòu)件中包含相變材料，并粘接在光電池模塊804、806、808的底面上，并且支承在絕熱塊876、878、880上。
圖8中的組件綜合了圖4和圖5中的組件的優(yōu)點(diǎn)。
對(duì)圖9的詳細(xì)描述光電池屋面組件的立體9表示上述光電池屋面組件的立體圖，在該組件中，太陽能屋面組件形成一組位于建筑物屋頂上的方陣902。屋面走道部分904處在方陣902的預(yù)定區(qū)域之間，為屋頂貫入部分，例如通風(fēng)口的周圍，以及屋頂設(shè)備，例如取暖設(shè)備，通風(fēng)設(shè)備，和空調(diào)設(shè)備等的周圍提供通道和圍邊。
雖然以上只描述了本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例，但可以理解，以上的說明只是為了說明，而不是為了限制。在不脫離本發(fā)明的宗旨和真正的范圍的前提下，能在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)作各種改變。
本發(fā)明為平坦的屋頂或具有中等斜度的屋頂提供了一種簡(jiǎn)單、高效、能快速安裝，可以重復(fù)使用，并且價(jià)格低廉的太陽能模塊。
雖然在以上的說明中包含了許多具體的內(nèi)容，但這些不能當(dāng)做對(duì)本發(fā)明范圍的限制，而只是對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的舉例說明。它能有許多不同的變型。
例如，由粘接在絕熱塊上的太陽能模塊組成的整體太陽能模塊可以脫離屋面膜獨(dú)立使用。
另一個(gè)例子，上述太陽能屋面組件可以帶有一層由織物或其他材料制成的，布置在屋面膜上方和帶隔墊的光電池模塊下方的附加層，這層附加層可以為屋面膜和/或薄襯紙?zhí)峁┮粚痈郊拥谋Ｗo(hù)屏障。
另一個(gè)例子，具有支座或隔墊的太陽能模塊還可以帶有設(shè)置在支座或隔墊的上方或下方的調(diào)節(jié)板，用以調(diào)節(jié)光電池模塊，或用它來調(diào)節(jié)光電池模塊的斜度。
另一個(gè)例子，絕熱塊還可以包覆一層能膨脹的外殼或其他防火的裝置，以便成為一種具有防火特性的建筑物屋面組件。
另一個(gè)例子，在上面的例子中，相鄰模塊之間邊緣與邊緣的聯(lián)結(jié)常常是舌和槽的組合，但，任何連接邊緣的裝置都可以使用，包括機(jī)械的夾箍，粘接劑，穿進(jìn)絕熱塊內(nèi)的叉狀插入件，等等。此外，光電池模塊之間的可靠的連接可以用下列方式來完成。上述光電池模塊支承在隔墊上，隔墊又支承在松散地放置在屋面膜上的絕熱板上。上述光電池模塊可以跨過兩塊相鄰的絕熱塊，并且粘接在上面，這樣就能在相鄰的兩塊絕熱塊之間和相鄰的兩塊光電池模塊之間形成牢固的連接。光電池模塊支承件的牢固連接有助于組件抵抗風(fēng)的掀起的力量。
另一個(gè)例子，當(dāng)在預(yù)制的絕熱塊內(nèi)裝入相變材料時(shí)，該絕熱塊可以帶有用于封裝相變材料的襯墊。
另一個(gè)例子，在所有絕熱塊的頂面上可以刷上一層不透過紫外線的漆，從而延長(zhǎng)那些光電池模塊不阻擋紫外線的照射的設(shè)施中絕熱塊的壽命。
另一個(gè)例子，上述隔墊不在車間里與光電池模塊做成整體，而是在工地上作為縱梁來鋪設(shè)，然后在工地上把光電池模塊固定在隔墊上。
另一個(gè)例子，上述組件上作為行走件的屋面走道部分可以取消，而可以直接在屋面膜或其他材料上行走。
因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)由實(shí)施例來確定，而應(yīng)由權(quán)利要求書及其等同物來確定。
權(quán)利要求
1.一種光電池屋面組件，它包括一塊屋面膜；許多成為一層設(shè)置在上述屋面膜頂上的光電池模塊；以及用于調(diào)節(jié)上述光電池模塊的溫度的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，上述調(diào)節(jié)溫度的裝置包括許多位于上述光電池模塊下方的預(yù)制的隔墊，使上述光電池模塊與上述屋面膜隔開一預(yù)定的距離，從而使熱量能從上述光電池模塊的背面?zhèn)鬟f給一種對(duì)流流體。
3.如權(quán)利要求2所述的組件，其特征在于，上述預(yù)制的隔墊具有傾斜的形狀，使得上述光電池模塊能安裝成朝向增加太陽光照射的方向。
4.如權(quán)利要求2所述的組件，其特征在于，上述調(diào)節(jié)溫度的裝置包括在上述隔墊的頂面上形成的預(yù)定的槽，使得在上述隔墊的頂面上方形成一層空間，能進(jìn)行流體的對(duì)流，把熱量從上述光電池模塊的背面?zhèn)鬟f出去，并且使上述光電池模塊的底面和頂面之間的壓力均勻化。
5.如權(quán)利要求2所述的組件，其特征在于，上述光電池模塊和隔墊連接在一起形成一個(gè)整體的組件。
6.如權(quán)利要求5所述的組件，其特征在于，上述整體的組件包括把相鄰的整體組件互相聯(lián)結(jié)起來的鎖定構(gòu)件，從而不需要貫入屋面膜內(nèi)也能夠抵抗風(fēng)的掀起力。
7.如權(quán)利要求2所述的組件，其特征在于，上述隔墊用絕熱材料制成。
8.如權(quán)利要求2所述的組件，其特征在于，上述隔墊具有與上述光電池模塊連接，形成整體組件的頂面。
9.如權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，上述調(diào)節(jié)溫度的裝置包括一種相變材料，和用于封裝上述相變材料，成為一層布置在上述許多光電池模塊下面的容器。
10.一種光電池屋面組件，它包括一層屋面膜；許多預(yù)制的，作為一層布置在上述屋面膜頂上的隔墊；許多作為一層布置在上述預(yù)制隔墊的頂上，并固定在該隔墊上，形成整體組件的光電池模塊；以及把這些整體組件的側(cè)面連接起來的裝置，使得相鄰整體組件互相有固定的相對(duì)位置，起到連接起來的組件的邊成為一條整體的邊，以抵抗風(fēng)掀起的力量，而不需要屋面貫入部分。
11.如權(quán)利要求10所述的組件，其特征在于，它還包括調(diào)節(jié)光電池模塊的溫度的裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的組件，其特征在于，上述調(diào)節(jié)溫度的裝置包括一種相變材料，和用于封裝上述相變材料，成為一層布置在上述許多光電池模塊下面的容器。
13.如權(quán)利要求10所述的組件，其特征在于，上述隔墊具有傾斜的形狀，并且上述光電池模塊具有的頂面能夠安裝成朝向增加太陽光照射的方向。
14.一種制造太陽能屋面組件的方法，它包括裝配具有固定在支承隔墊上的底面的光電池模塊，從而形成整體的組件；在屋頂上鋪設(shè)一層屋面膜；以及把上述整體的組件作為一層鋪設(shè)在上述屋面膜的頂上；其中，完成的組件限制了光電池模塊所經(jīng)受的溫度，并且不需要屋面的貫入部分來固定上述整體組件。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，上述裝配步驟中包括提供一種與光電池模塊和支承隔墊協(xié)同工作的相變材料。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，上述裝配步驟用絕熱塊作為支承隔墊來實(shí)現(xiàn)。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，上述裝配步驟使用具有傾斜形狀的隔墊來實(shí)現(xiàn)，并且上述整體組件的安裝步驟是這樣實(shí)現(xiàn)的，即，使得上述光電池模塊的頂面朝向太陽光照射的方向。
18.一種制造光電池屋面組件的方法，它包括下列步驟在工地上安裝一層屋面膜；在工地上把預(yù)制的隔墊安裝成基本上呈幾條直線；以及把光電池模塊安裝在上述預(yù)制隔墊的頂上；其中，完成的組件限制了光電池模塊所經(jīng)受的溫度，并且不需要屋面的貫入部分來固定它的任何構(gòu)件。
全文摘要
一種光電池屋面組件，它包括一層屋面膜，在屋面膜頂上鋪成一層的許多光電池模塊，以及許多預(yù)制的隔墊，這些隔墊分別布置在這許多光電池模塊的下面，并且固定在一起或者做成一體。這種屋面組件可以做成傾斜的形狀，使得光電池模塊朝向增加太陽光照射的方向。為調(diào)節(jié)溫度，可以使用一種相變材料。上述隔墊可以做成絕熱塊，以提供空間和熱量的控制。
文檔編號(hào)H01L31/052GK1156491SQ95193861
公開日1997年8月6日 申請(qǐng)日期1995年6月28日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月29日
發(fā)明者托馬斯·L·丁伍迪 申請(qǐng)人:光電能源公司